Injectable BMSC-Based Extracellular Matrix-Mimicking Microtissue for Myocardial Infarction Repair中文标题：基于BMSC的可注射仿生细胞外基质微组织用于心肌梗死修复的研究

本综述系统介绍了一种新型可注射仿生微组织系统（JLSV–BMSC microtissue），通过Janus碱性纳米管（JBNT）搭载层粘连蛋白、基质衍生因子-1α（SDF-1α）和血管内皮生长因子（VEGF），有效模拟心肌微环境，显著提升骨髓间充质干细胞（BMSC）在梗死区域的存活率、分化能力和治疗效能，为心肌梗死修复提供了创新性治疗策略。

　　

Abstract

心肌梗死（MI）后心肌微环境发生显著改变，包括心肌细胞丢失、炎症反应和细胞外基质（ECM）降解，形成不利于骨髓源性间充质干细胞（BMSC）存活、迁移和分化的恶劣环境。本研究开发了一种新型可注射仿生微组织系统，包含由Janus碱性纳米管（JBNT）、层粘连蛋白、基质衍生因子-1α（SDF-1α）和血管内皮生长因子（VEGF）组成的双仿生ECM支架（JLSV），用于BMSC递送（JLSV–BMSC微组织），旨在模拟天然心肌微环境。

1 Introduction

心肌梗死因其高发病率和高死亡率而备受关注，常导致心力衰竭。当前治疗方法包括药物治疗和血运重建术，虽能缓解症状，但无法解决心肌细胞丢失和心脏结构损伤的核心问题。干细胞疗法作为心肌修复的潜在解决方案近年来受到广泛关注，其中BMSC因其低免疫原性、独特免疫调节特性和低致瘤风险而具有显著优势。然而，梗死后的恶劣微环境严重限制了移植BMSC的存活和分化能力。

2 Results

2.1 JLSV–BMSC Microtissue Characterization

通过zeta电位测量证实了蛋白质复合物的形成，JLSV的最终zeta电位为14.8 mV。紫外-可见吸收光谱显示蛋白质成功结合到JBNT上。透射电镜（TEM）显示JBNT呈毛发状纤维形态，扫描电镜（SEM）和冷冻扫描电镜（cryo-SEM）显示JLSV支架组装成粗束状结构。荧光标记证实三种蛋白质成功锚定在JBNT上。最佳JLSV浓度为20 μg mL^?1，能成功形成3D微组织并保持高细胞活性。

2.2 In Vivo Metabolism and Degradation of JLSV

体内代谢实验显示JLSV–BMSC微组织显著延长了材料在注射部位的保留时间，主要定位在心脏，28天内逐渐完全降解。血液生化分析显示所有组别肝肾功能和血常规无显著差异，证实了JLSV支架的生物相容性和安全性。

2.3 JLSV Enhances BMSC Survival, Proliferation, and Migration Under Oxygen–Glucose Deprivation Conditions

在氧-葡萄糖剥夺（OGD）条件下，JLSV显著提高了BMSC的存活率、增殖能力和迁移能力。Transwell迁移实验显示JLSV组细胞迁移数量显著增加。完整支架比单独组分（JBNT或LSV）表现出更好的协同效应。

2.4 JLSV Reduces BMSC Apoptosis and Promotes Differentiation Under OGD Conditions

Western blot分析和Annexin V–FITC/PI染色显示JLSV显著降低OGD条件下BMSC的凋亡标志物表达。同时，JLSV促进BMSC向心肌细胞（GATA4、cTnI表达增加）和内皮细胞（FVIII、CD31表达增加）分化。DHE染色显示JLSV显著降低超氧化物阴离子水平。

2.5 RNA Sequencing Reveals How JLSV Facilitates BMSC Differentiation into Cardiomyocytes

转录组分析显示JLSV处理上调了细胞分化、血管生成和组织发育相关基因。KEGG通路分析表明JLSV影响PI3K/AKT、AMPK、钙信号、Rap1、ECM-受体相互作用和WNT信号通路。Western blot证实JLSV通过PI3K/AKT通路促进心肌分化。

2.6 JLSV–BMSC Microtissue Promotes the Crosstalk of BMSCs and Other Cells in the Infarcted Myocardium Through Regulating Paracrine

ELISA检测显示JLSV–BMSC微组织显著增加SDF-1α、VEGF、胰岛素样生长因子1（IGF-1）和血管生成素-2的分泌。Transwell共培养实验表明微组织通过调节旁分泌功能增强对心肌细胞、人脐静脉内皮细胞（HUVEC）和心脏纤维细胞的保护作用。

2.7 JLSV–BMSC Microtissue Improves Retention and Differentiation of BMSCs into Cardiomyocytes and Endothelial Cells In Vivo

体内实验显示JLSV–BMSC微组织显著改善移植BMSC在梗死部位的保留，并促进其向心肌细胞和内皮细胞分化。免疫荧光共定位分析显示微组织组有更多的RFP阳性细胞分化为心肌细胞和内皮细胞。

2.8 JLSV–BMSC Microtissue Improves Cardiac Function, Promotes Angiogenesis, and Protects the Myocardium from Apoptosis Post-MI

心脏超声显示JLSV–BMSC微组织显著改善左心室射血分数（LVEF）和缩短分数（FS）。免疫荧光染色显示微组织组α-SMA阳性和vWF阳性血管密度显著增加。Western blot和TUNEL染色显示微组织组凋亡水平显著降低。

2.9 JLSV–BMSC Microtissue Alleviates Cardiac Fibrosis in Mice with MI

Masson三色染色和Sirius red染色显示JLSV–BMSC微组织显著减少心肌纤维化面积。Western blot分析显示微组织组胶原蛋白I、胶原蛋白III、α-SMA和波形蛋白表达水平显著降低。

3 Discussion

JLSV–BMSC微组织通过模拟ECM的物理结构和生物学功能，为BMSC提供必要的物理支持和生物信号，显著增强其在梗死心肌中的存活、分化和治疗效能。该微组织系统不仅能改善心脏功能，还能促进血管新生、减少细胞凋亡和抑制纤维化，为心肌梗死修复提供了创新性的治疗策略。

4 Experimental Section

详细描述了zeta电位测试、JLSV和JLSV-BMSC微组织制备、UV-Vis吸收光谱测量、TEM表征、冷冻SEM、流变学表征、BMSC分离培养、OGD损伤模型、细胞共培养、Transwell迁移实验、ELISA检测、动物模型建立、体内代谢实验、细胞移植、心脏功能评估、组织病理学染色、免疫荧光、Western blot分析和统计方法等实验方法。